تركيب وتوصيف وتطبيق مسابر نانوية لأكسيد الحديد فائق المغناطيسية للكشف عن السل خارج الرئة
Summary
لتحسين الاختبارات التشخيصية المصلية لمضدات السل المتفطرة، قمنا بتطوير مسبر نانوية لأكسيد الحديد فوق المغناطيسي ة للكشف عن السل خارج الرئة.
Abstract
تم تصنيع مسبار تصوير جزيئي يتكون من جسيمات نانوية من أكسيد الحديد فوق المغناطيسي (SPIO) والأجسام المضادة لسطح السل المتفطرة (MtbsAb) لتعزيز حساسية التصوير للسل خارج الرئة (ETB). تم تصنيع مسبار نانوي SPIO واقترانه مع MtbsAb. وقد تميز المسبار النانوي SPIO-MtbsAb المنقى المنقى باستخدام TEM و NMR. لتحديد القدرة على استهداف المسبار، تم احتضان مسبر نانوSPIO-MtbsAb مع Mtb لفحوصات التصوير في المختبر وحقنها في الفئران التي تم تلقيحها في فحص الجسم الحي بالرنين المغناطيسي (MR). أظهر الحد من تعزيز التباين على التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لخلايا Mtb و THP1 متناسبًا مع تركيز مسبار نانوSPIO-MtbsAb. بعد 30 دقيقة من حقن حقن النانو SPIO-MtbsAb الوريدي في الفئران المصابة بـ Mtb ، تم تعزيز شدة الإشارة في موقع الورم الحبيبي بمقدار 14 مرة في صور MR المرجحة T2 مقارنة ً بالفئران التي تتلقى حقن PBS. يمكن استخدام مسبر MtbsAb النانوية كطريقة جديدة للكشف عن ETB.
Introduction
على الصعيد العالمي، يمثل السل خارج الرئة نسبة كبيرة من حالات السل. ومع ذلك، غالباً ما يتم تفويت تشخيص ETB أو تأخيربسبب عرضه السريري الغادر والأداء الضعيف في الاختبارات التشخيصية. نتائج كاذبة تشمل مسحات البلغم السلبية لعصيات حمض سريع, عدم وجود الأنسجة الحبيبية على علم الأمراض الأنسجة, أو الفشل في ثقافة السل المتفطرة (Mtb). وبالنسبة للحالات النموذجية، يحدث ETB بشكل أقل تواتراً وينطوي على تحرير القليل من عصيات Mtb. بالإضافة إلى ذلك ، عادة ما يتم توطينها في مواقع يصعب الوصول إليها ، مثل الغدد الليمفاوية والجنبة والمناطق العظمية1. وهكذا ، فإن الإجراءات الغازية للحصول على عينات سريرية كافية ، مما يجعل التأكيد البكتريولوجي محفوفًا بالمخاطر وصعبًا ، ضرورية2و3و4.
اختبارات الكشف عن الأجسام المضادة المتاحة تجاريا لETB غير موثوق بها للكشف السريري بسبب مجموعة واسعة من الحساسية (0.00-1.00) وخصوصية (0.59-1.00) لجميع المواقع خارج الرئة مجتمعة5. وقد استخدمت اختبارات المناعة المرتبطة بالإنزيم (ELISPOT) للإنترفيرون-α، وبروتين الفيرات الثقافي (CFP)، والهدف المستضدي الإفرازي المبكر (ESAT) لتشخيص السل الكامن والنشط. ومع ذلك ، فإن النتائج تختلف بين مواقع الأمراض المختلفة لتشخيص ETB6،7،8. وبالإضافة إلى ذلك، PPD الجلد (مشتق البروتين المنقى) وQuantiFERON-السل كثيرا ما قدمت نتائج سلبية كاذبة9. QuantiFERON-TB-2G هو فحص تفاعل المناعة في الدم كله، والذي لا يتطلب عينة من الجهاز المصاب وهذا قد يكون أداة تشخيصية بديلة6،10،11. طرق التشخيص الأخرى المستخدمة عادة لالتهاب السحايا السل، مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل، لا تزال غير حساسة جدا لاستبعاد التشخيص السريري بثقة12،13. تظهر هذه الاختبارات التقليدية معلومات تشخيصية غير كافية لاكتشاف موقع العدوى خارج الرئة. وبالتالي، فإن طرائق التشخيص الجديدة مطلوبة سريرياً.
يهدف التصوير الجزيئي إلى تصميم أدوات جديدة يمكنها فحص الأهداف الجزيئية المحددة لعمليات المرض مباشرة في الجسم الحي14و15. يمكن لأكسيد الحديد فائق الكثافة (SPIO)، وهو عامل تباين NMR مرجح T2، أن يعزز بشكل كبير خصوصية وحساسية التصوير بالرنين المغناطيسي (MR) (MRI)16،17. يمكن لطريقة التصوير الوظيفية الجديدة هذه رسم تغييرات الأنسجة بدقة على المستوى الجزيئي من خلال تفاعلات مستقبلات ليغاند. في هذه الدراسة ، تم تصنيع مسبار تصوير جزيئي جديد ، يتألف من جسيمات نانوية SPIO ، لاقترانه بجسم مضاد سطح Mtb (MtbsAb) لتشخيص ETB. SPIO nanoprobes هي طفيفة التوغل في الأنسجة والهيئات قيد الفحص18،19. وعلاوة على ذلك، يمكن لهذه النانوتحقيقات إظهار صور التصوير بالرنين المغناطيسي دقيقة في تركيزات منخفضة بسبب خصائصها شبه المغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك ، تظهر تحقيقات SPIO النانوية أقل ردود الفعل التحسسية لأن وجود الأيون الحديدي هو جزء من علم وظائف الأعضاء الطبيعي. هنا، تم تقييم حساسية وخصوصية مسبر SPIO-MtbsAb النانوية التي تستهدف ETB في كل من نماذج الخلايا والحيوانات. أظهرت النتائج أن المسابر النانوية قابلة للتطبيق كعوامل تصوير شديدة الحساسية لتشخيص ETB.
Protocol
Representative Results
Discussion
على غرار الدراسات ذات الصلة ، أظهرت النتائج التي توصلنا إليها فيما يتعلق بتحقيقات نانوSPIO-MtbsAb خصوصية كبيرة لـ Mtb27،28. تم العثور على الورم الحبيبي Mtb تحت الجلد 1 شهر بعد حقن السل في نماذج الماوس. وشملت النتائج النموذجية لعلم الأنسجة الحبيبي السل تسلل الخلايا ال?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويشكر المؤلفون على الدعم المالي المقدم من وزارة الاقتصاد في تايوان (يمنح NSC-101-2120-M-038-001، MOST 104-2622-B-038-007، MOST 105-2622-B-038-004) لأداء هذا العمل البحثي. تم تحرير هذه المخطوطة من قبل والاس التحرير الأكاديمي.
Materials
| (benzotriazol-1-yloxy) tripyrrolidinophosphonium hexafluorophosphate | Sigma-Aldrich | ||
| 1-hydroxybenzotriazole | Sigma-Aldrich | ||
| dextran(T-40) | GE Healthcare Bio-sciences AB | ||
| epichlorohydrin, 2,2'-(ethylenedioxy)bis(ethylamine) | Sigma-Aldrich | ||
| ferric chloride hexahydrate | Fluka | ||
| ferrous chloride tetrahydrate | Fluka | ||
| Human monocytic THP-1 | |||
| M. bovis BCG | Pasteur Mérieux | Connaught strain; ImmuCyst Aventis | |
| MRI | GE medical Systems | 3.0-T, Signa | |
| NH4OH | Fluka | ||
| NMR relaxometer | Bruker | NMS-120 Minispec | |
| Sephacryl S-300 | GE Healthcare Bio-sciences AB | ||
| Sephadex G-25 | GE Healthcare Bio-sciences AB | ||
| SPECTRUM molecular porous membrane tubing, 12,000 -14,000 MW cut off | Spectrum Laboratories Inc | ||
| TB surface antibody- Polyclonal Antibody to Mtb | Acris Antibodies GmbH | BP2027 | |
| transmission electron microscope | JEOL | JEM-2000 EX II |
References
- Small, P. M., et al. Treatment of tuberculosis in patients with advanced human immunodeficiency virus infection. New England Journal of Medicine. 324, 289-294 (1991).
- Alvarez, S., McCabe, W. R. Extrapulmonary tuberculosis revisited: a review of experience at Boston City and other hospitals. Medicine. 63, 25-55 (1984).
- Ozbay, B., Uzun, K. Extrapulmonary tuberculosis in high prevalence of tuberculosis and low prevalence of HIV. Clinics in Chest Medicine. 23, 351-354 (2002).
- Ebdrup, L., Storgaard, M., Jensen-Fangel, S., Obel, N. Ten years of extrapulmonary tuberculosis in a Danish university clinic. Scandinavian Journal of Infectious Diseases. 35, 244-246 (2003).
- Steingart, K. R., et al. A systematic review of commercial serological antibody detection tests for the diagnosis of extrapulmonary tuberculosis. Postgraduate Medical Journal. 83, 705-712 (2007).
- Liao, C. H., et al. Diagnostic performance of an enzyme-linked immunospot assay for interferon-gamma in extrapulmonary tuberculosis varies between different sites of disease. Journal of Infection. 59, 402-408 (2009).
- Kim, S. H., et al. Diagnostic usefulness of a T-cell based assay for extrapulmonary tuberculosis. Archives of Internal Medicine. 167, 2255-2259 (2007).
- Kim, S. H., et al. Diagnostic usefulness of a T-cell-based assay for extrapulmonary tuberculosis in immunocompromised patients. The American Journal of Medicine. 122, 189-195 (2009).
- Pai, M., Zwerling, A., Menzies, D. Systematic review: T-cell-based assays for the diagnosis of latent tuberculosis infection: an update. Annals of Internal Medicine. 149, 177-184 (2008).
- Kobashi, Y., et al. Clinical utility of a T cell-based assay in the diagnosis of extrapulmonary tuberculosis. Respirology. 14, 276-281 (2009).
- Paluch-Oles, J., Magrys, A., Kot, E., Koziol-Montewka, M. Rapid identification of tuberculosis epididymo-orchitis by INNO-LiPA Rif TB and QuantiFERON-TB Gold In Tube tests: case report. Diagnostic Microbiology and Infectious Disease. 66, 314-317 (2010).
- Kaneko, K., Onodera, O., Miyatake, T., Tsuji, S. Rapid diagnosis of tuberculous meningitis by polymerase chain reaction (PCR). Neurology. 40, 1617 (1990).
- Bhigjee, A. I., et al. Diagnosis of tuberculous meningitis: clinical and laboratory parameters. International Journal of Infectious Diseases. 11, 348-354 (2007).
- Miyawaki, A., Sawano, A., Kogure, T. Lighting up cells: labelling proteins with fluorophores. Nature Cell Biology. , 1-7 (2003).
- Weissleder, R., Mahmood, U. Molecular imaging. Radiology. 219, 316-333 (2001).
- Gupta, A. K., Gupta, M. Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials. 26, 3995-4021 (2005).
- Talelli, M., et al. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles encapsulated in biodegradable thermosensitive polymeric micelles: toward a targeted nanomedicine suitable for image-guided drug delivery. Langmuir. 25, 2060-2067 (2009).
- Cho, W. S., et al. Pulmonary toxicity and kinetic study of Cy5.5-conjugated superparamagnetic iron oxide nanoparticles by optical imaging. Toxicology and Applied Pharmacology. , 106-115 (2009).
- Mahmoudi, M., Simchi, A., Milani, A. S., Stroeve, P. Cell toxicity of superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 336, 510-518 (2009).
- Chen, T. J., et al. Targeted folic acid-PEG nanoparticles for noninvasive imaging of folate receptor by MRI. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 87, 165-175 (2008).
- Chen, T. J., et al. Targeted Herceptin-dextran iron oxide nanoparticles for noninvasive imaging of HER2/neu receptors using MRI. Journal of Biological Inorganic Chemistry. 14, 253-260 (2009).
- Weissleder, R., et al. Ultrasmall superparamagnetic iron oxide: an intravenous contrast agent for assessing lymph nodes with MR imaging. Radiology. 175, 494-498 (1990).
- Wang, J., Wakeham, J., Harkness, R., Xing, Z. Macrophages are a significant source of type 1 cytokines during mycobacterial infection. Journal of Clinical Investigation. 103, 1023-1029 (1999).
- Angra, P., Ridderhof, J., Smithwick, R. Comparison of two different strengths of carbol fuchsin in Ziehl-Neelsen staining for detecting acid-fast bacilli. Journal of Clinical Microbiology. 41, 3459 (2003).
- Woods, A. E., Ellis, R. . Laboratory Histopathology- A Complete Reference. 1st edn. , 6-11 (1994).
- Lee, C. N., et al. Super-paramagnetic iron oxide nanoparticles for use in extrapulmonary tuberculosis diagnosis. Clinical Microbiology and Infection. 18, 149-157 (2012).
- Lee, H., Yoon, T. J., Weissleder, R. Ultrasensitive detection of bacteria using core-shell nanoparticles and an NMR-filter system. Angewandte Chemie International Edition. 48, 5657-5660 (2009).
- Fan, Z., et al. Popcorn-shaped magnetic core-plasmonic shell multifunctional nanoparticles for the targeted magnetic separation and enrichment, label-free SERS imaging, and photothermal destruction of multidrug-resistant bacteria. Chemistry. 19, 2839-2847 (2013).
- Nishie, A., et al. In vitro imaging of human monocytic cellular activity using superparamagnetic iron oxide. Computerized Medical Imaging and Graphics. 31, 638-642 (2007).
- von Zur Muhlen, C., et al. Superparamagnetic iron oxide binding and uptake as imaged by magnetic resonance is mediated by the integrin receptor Mac-1 (CD11b/CD18): implications on imaging of atherosclerotic plaques. Atherosclerosis. 193, 102-111 (2007).
